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Crean un corazón virtual personalizado para cada paciente

Permite diagnosticar una patología sin necesidad de intervenciones invasivas


Investigadores suizos han construido un modelo de corazón virtual que puede personalizarse a cualquier paciente y permitir el diagnóstico de estados patológicos sin necesidad de intervenciones invasivas. El modelo usa herramientas matemáticas para simular la función cardiaca a partir de imágenes de resonancia magnética de cada persona. Estará en el mercado en una década.




Investigadores suizos han construido un modelo de corazón virtual que puede ayudar a los cardiólogos y cirujanos del corazón a diagnosticar estados patológicos sin necesidad de recurrir a intervenciones invasivas, según se informa en un comunicado de la EPFL.

El modelo de corazón virtual puede ser la réplica del corazón biológico de cualquier persona aquejada de problemas cardiacos. Utiliza herramientas matemáticas para simular la función cardiaca con una gran precisión que puede ser personalizada para cualquier paciente mediante imágenes de resonancia magnética.

Además, al modelo completo de un corazón en funcionamiento se le puede añadir  el comportamiento de la válvula aórtica específica del cada paciente. Los resultados de esta investigación se publican en la revista Biomechanics and Modeling in Mecanobiology.

Los investigadores han modelizado también la forma en que la sangre circula en el interior de la aorta, principal arteria del cuerpo humano, teniendo en cuenta las formas y propiedades complejas de sus membranas.

Aunque descripciones matemáticas de la válvula aórtica y su interacción con el flujo sanguíneo ya existen en la literatura científica, nunca se ha conseguido a este nivel de detalle para un paciente específico, aclaran los investigadores.

Imagen en 3D

A partir de imágenes de resonancia magnética (IRM), los investigadores reconstruyen la forma de la aorta en una imagen informática en 3D. Haciendo uso además de herramientas matemáticas adecuadas para caracterizar la mecánica de la válvula, han descrito el movimiento de sus membranas.

Asimismo, para determinar cómo circula la sangre en estas cavidades, los investigadores han resuelto, primero aproximadamente y luego numéricamente, las ecuaciones matemáticas que describen la dinámica de los fluidos viscosos, adaptándolas a la geometría específica de un paciente concreto.

Con este trabajo preliminar, es relativamente sencillo personalizar el modelo para otro paciente cambiando únicamente las imágenes IRM.

Los investigadores consideran que este modelo cardiaco personalizado puede estar en el mercado en una década, si bien los primeros prototipos estarán disponibles en unos cinco años, siempre que las investigaciones necesarias para su desarrollo puedan llevarse a cabo.

El proyecto no se queda aquí. El objetivo final, que se enmarca dentro del proyecto europeo iHeart, es construir modelos virtuales de todo el sistema cardiovascular de cualquier paciente, incluido el corazón, los vasos sanguíneos y los cinco litros de sangre que circulan por todo el cuerpo.

Descripción matemática

El corazón virtual personalizado ya construido ofrece una descripción matemática detallada del corazón de un paciente y de su funcionamiento, con la finalidad de prevenir o tratar una enfermedad cardiaca.

Simular la función cardiaca en términos matemáticos es una tarea difícil que exige la gestión de numerosos datos específicos del paciente, así como herramientas informáticas potentes para resolver ecuaciones complejas. La creciente potencia de los nuevos ordenadores ha hecho posible el corazón virtual.

De esta forma, ya es posible que una versión virtual del corazón de un paciente bombeando la sangre pueda ayudar a los médicos a diagnosticar una enfermedad y a establecer el mejor tratamiento, sin necesidad de recurrir a cirugía para conocer el estado del corazón.

El corazón humano es un órgano extraordinariamente complejo que bombea 180 millones de litros de sangre a lo largo de la vida, el equivalente a más de 7 piscinas olímpicas. Gracias al corazón, la sangre oxigenada llega a todo el cuerpo.

Si se presentan problemas, pueden derivar en complicaciones, enfermedades y la muerte. Las enfermedades cardiacas causan el 40% de todas las muertes que ocurren en Estados Unidos, con un costo sanitario de 196.000 millones de dólares al año.

En España, las patologías relacionadas con el corazón son responsables de tres de cada 10 muertes —el 29,66%— que se producen en el país, por encima del cáncer (27,86%) y de las enfermedades del sistema respiratorio (11,08%), según el INE. En Europa son también la principal causa de fallecimiento de hombres y mujeres, según la UE.
 

Referencia

A patient-specific aortic valve model based on moving resistive immersed implicit surfaces. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology, pp 1–25. DOI:10.1007/s10237-017-0919-1

Miércoles, 14 de Junio 2017
Redacción T21
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